Установка для исследования суффозионной устойчивости грунтов Советский патент 1993 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к инженерно- геологическим исследованиям для любых видов строительства.

Целью изобретения является повышение достоверности исследования путем моделирования различных суффозионных процессов.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, оид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - нижняя водоприемная камера, вид спереди, частичный разрез; на фиг.4 - то же, вид слева; на фиг.5 - схема, иллюстрирующая работу водоупорной системы.

Установка (фиг. 1,2) имеет жесткую неподвижную раму 1. на которой крепятся с возможностью их перемещения и поворота вокруг вертикальной оси 2 осветители 3. На раме 1 закреплена также перемещаемая направляющая А, на которой установлена стойка 5 с фоторегистратором 6. Стойка 5 имеет возможность перемещаться вдоль направляющей 4 и поперек ее по вертикали. Внутри рамы на горизонтальной оси 7 закреплен прямоугольный фильтрационный лбток 8, причем между рамой 1 и лотком 8 установлено поворотное устройство 9.

Прямоугольный фильтрационный лоток 8 включает рабочую камеру 10, две боковые водоприемные камеры 11, отделенные от рабочей перфорированными перегородками 12, и нижнюю водоприемную камеру 13 (фиг.З,4), снабженную очистным устройством в виде закрываемого герметичной крышкой сливного отверстия 14. Внутри нижней водоприемной камеры 13 расположена камера-грунтоприемник переменного объема с вертикально перемещаемым основанием 15 и двумя боковыми стенками переменной высоты. Каждая боковая стенка камеры-грунтоприемника состоит из трех параллельных пластин: подвижной 16, опирающейся нижним торцом на основание 15 камеры-грунтоприемника, и двух неподвижных 17, жестко закрепленных верхними торцами на соответствующей выдвижной опорной пластине 18.

Две выдвижные опорные пластины 18 вместе с расположенными над ними двумя выдвижными водоупорными пластинами 19, неподвижными водоупорными пластинами 20 и вставками 21 составляют водоупорную систему, ограничивающую сверху нижнюю водоприемную камеру 13 и отделяющую ее от рабочей камеры 10. Выдвижные опорные пластины 18 имеют по всей их длине продольные направляющие выступы, а эодоупорные пластины 19 и 20 и вставка 21 - соответствующие сквозные пазы.

Установка работает следующим образом.

Вначале полностью заполняется водой или другой рабочей жидкостью нижняя водоприемная камера 13 и производится сборка водоупорной системы с учетом создания необходимых для данного эксперимента количества и размеров сквозных нарушений 22. В случае, когда создается

одно такое нарушение и его ширина в дальнейшем не меняется (фиг.5 а), на одной из выдвижных опорных пластин 18 в нужном месте укладывается вставка 21 необходимой ширины, а выдвижные водоупорные

5 пластины 19 приводятся с ней в соприкосновение. Если нарушение 22 должно расширяться в ходе эксперимента в двух направлениях (фиг.5 в), то на сомкнутых о нужном месте выдвижных опорных пласти0 нах 18 укладывается необходимое количество одинаковых вставок 21, а выдвижные водоупорные пластины 19 приводится в соприкосновение с боковыми поверхностями вставок, занимающих крайние положения.

5 При необходимости создания нескольких сквозных нарушений 22 фиксированной ширины (фиг.5 е) в пазы, служащие для перемещения выдвижных водоупорных пластин 19, вставляются неподвижные водрупорные

0 пластины 20 необходимой ширины и располагаются в нужных местах. Затем в промежутках между ними и рядом с теми из них, которые занимают крайние положения, или же по обеим сторонам от единственной та5

кой пластины на выдвижных опорных пластинах 18 укладываются вставки 21 необходимой ширины, после чего выдвижные водоупорные пластины 19 приводятся в соприкосновение со вставками 21.

0 Если же в ходе эксперимента необходимо расширять сквозные нарушения 22 в одном направлении (фиг.5 з), то в промежутках между неподвижными водоупорными пластинами 20, рядом с крайними пластинами

5 или по обеим сторонам от единственной на выдвижных опорных пластинах 18 укладываются необходимые количества одинаковых вставок 21. Затем выдвижные водоупорные пластины 19 приводятся в со0 прикосновение с крайними вставками.

Далее производится закладка материала модели в рабочую камеру 10, а боковые водоприемные камеры 11 заполняются водой до необходимых уровней, которые в

5 дальнейшем поддерживаются автоматически, так же, как м напор воды в нижней водоприемной камере 13. Затем в водоупорной системе создаются сквозные нарушения сплошности 22. В случае, когда создается одно нарушение фиксированной

ширины, выдвигается одна из опорных пластин 18 и вставка 21 падает на основание 15 камеры-грунтоприемника (фиг.5 б). Если таких нарушений должно быть несколько, выдвигаются одна или обе (фиг.5 ж) опорные пластины 18 и лежащие на них вставки 21 выпадают одна за другой.

Если условия эксперимента требуют постепенного расширения сквозных нарушений 22 в водоупорной системе (и она собрала соответствующим образом), то в том случае, когда требуется расширять одно сквозное нарушение в двух направлениях, сначала одна (фиг.5 г), затем другая (фиг.5 д) опорные пластины 18 выдвигаются из-под вставок 21, начиная с середины, и они последовательно то справа, то слова падают в камеру-грунтоприемник.

При необходимости расширения нескольких сквозных нарушений в одном на- правлении выдвигаются одна или обе опорные пластины 18 и уложенные на них рядами вставки 21 выпадают одна за другой справа налево или слева направо (фиг.5 и, к).

В ходе опыта может изменяться обьем камеры-грунтоприемникл путем вертикального перемещения его с- ования 15 или путем перемещения аыдлк.сных опорных пластин 18, вместе с которыми ;:„ ;оризон- тали движутся боковые сто. и ка,-.:еры-грун- топриемника (фиг.5). При этом их высота автоматически изменяется в зависимости от движения основания 15 камеры-грунтоприемника. По ходу эксперимента могут так- же изменяться уровни воды в боковых водоприемных камерах 11 (причем в правой и левой самостоятельно) и напор воды в нижней водоприемной камере 13. Кроме того, с помощью поворотного устройства 9 лоток 8 переводится в наклонное положение с постепенным изменением угла наклона.

Результаты эксперимента регистрируются в ходе моделирования через прозрач- ную переднюю стенку фильтрационного лотка 8 фоторегистратором 6, свободно перемещающимся в пространстве с помощью подвижной системы, состоящей из направляющей и стойки 5. Освещение л о гка 8 при фоторегистрации производится свободно перемещаемыми по раме 1 и поворачивающимися вокруг осей 2 осветителями 3.

По окончании эксперимента рабочая камера 10 очищается от остатков материала модели путем их полного обрушения и смыва в нижнюю водоприемную камеру 13, для чего необходимо максимально выдвинуть водоупорные 19 и опорные 18 пластины. Очистка нижней водоприемной камеры 13

производится смывом через открытое сливное отверстие 14 при наклонном положении фильтрационного лотка 8.,

Предлагаемая установка позволяет значительно расширить возможности лабораторного физического моделирования суффозии по сравнению с известными приборами подобного типа. Она дает возможность воспроизводить на моделях суффозионные процессы, возникающие в результате растворения карстующихся пород, изменения крутизны склонов и откосов, проходки горных выработок, изменения гидродинамического режима подземных вод. Это позволяет прогнозировать развитие подобных процессов р различных при- родно-техногенных условиях и давать оценку их опасности для i, о )ых видов строительство. Использование сисгемы фогоре- гистрации хода эксперимента значительно повышает его точность, а голичие очистного устройства обеспечивает безопасность работы и увеличивает производительность труда.

Формула и зоб рстен и я

I.Установка для исследования суффози- онной устойчивостиiрунтов, выполненная в виде прямоугольного фпльтрационмсно лотка, включающего раСочую камеру, дво Огко- иые водоприемные камеры, отделенные or рабочей перфорированными порегоро ка- ми, и нижнюю водоприемную камеру, отделенную 01 рабочей камеры водоупорнрй системой, содержащей неподвижные водоупорные пластины, дпе выдвижные водоупорные пластины, вставки и две выдвижные опорные пластины, с - л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью повышения достоверности исследования путем моделировании различных суффозиомных процессов, устройство снабжено рамой и камерой-грунтоприемником, выполненной в виде основания, усыновленного с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном дну лотка, и двух боковых стенок, каждая из которых содержит три параллельные пластины, причем крайние пластины своими торцами жестко закреплены на соответствующей выдвижной опорной пластине, а средние пластины установлены с возможностью перемещения относительно крайних пластин и взаимодействуют одним из своих торцов с основанием, лоток закреплен на раме с возможностью поворота его вокруг горизонтальной оси, а в дне лотка выполнено отверстие, снабженное герметичной крышкой.

2.Установка по п.1, отличающая- с я тем, что выдвижные опорные пластины

снабжены продольными направляющими выступами, а в водоупорных пластинах и вставках выполнены соответствующие пазы.

З.Установка по пп.1 и 2, отличаю- 5 дикулярных ей направлениях установлена щ а я с п тем, что рама снабжена двумя стойка, связанная с фоторегистратором.

осветителями, установленными с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, и направляющей, на которой с возможностью перемещения в продольном и перпен

Изобретение предназначено для лабораторного физического моделирования суф- фозионных процессов, протекающих в различной природно-технической обстановке. Сначала полностью заполняют водой, нижнюю водоприемную камеру и производят сборку водоупорной системы с учетом создания необходимых для данного эксперимента количества и размеров сквозных нарушений. Затем в промежутках между ними и рядом с теми из них, которые занимают крайние положения, или го обеим сторонам от единственной такой пластины на выдвижных опорных пластинах укладывают вставки необходимой ширины, после чего выдвижные водоупорные пластины приводятся в соприкосновение со вставками. Далее производится закладка материала модели в рабочую камеру, а боковые водоприемные камеры заполняются водой до необходимых уровней, которые в дальнейшем поддерживаются автоматически, так же, как и напор воды в нижней водоприемной камере. Затем в водоупорной системе создаются сквозные нарушения сплошности. В случае, когда создается одно нарушение фиксированной ширины, выдвигается одна из опорных пластин и вставка падает на основание камеры-грунтоприемника. Если таких нарушений должно быть несколько, выдвигается одна или обе опорные пластины и лежащие на них вставки выпадают одна за другой. Если условия эксперимента требуют постепенного расширения сквозных нарушений в водоупорной системе и она собрана соответствующим образом, то в том случае, когда требуется расширять одно сквозное нарушение в двух направлениях, сначала одна, затем другая опорные пластины выдвигаются из-под вставок, начиная с середины, и они последовательно то справа, то слева падают в камеру-грунтоприемник. В ходе опыта может изменяться объем камеры-грунтоприемника путем вертикального перемещения его основания или путем перемещения выдвижных опорных пластин, вместе с которыми по горизонтали движутся боковые стенки камеры-грунтоприемника. При этом их высота автоматически изменяется в зависимости от движения основания камеры-грунтоприемника. По ходу эксперимента могут также изменяться уровни воды в боковых водоприемных камерах и напор в нижней водоприемной камере. Кроме того, с помощью поворотного устройства лоток переводится в наклонное положение с постепенным изменением угла наклона. Результаты эксперимента регистрируются в ходе моделирования через прозрачную переднюю стенку фильтрационного лотка фоторегистратором,свободно перемещающимся в пространстве с помощью подвижной системы. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. Ё b

1Г

8- I

11 Д П W

10 L

3

Фиг.1

Фиг. 1 1 JL

I 1116

15 /7 V

19

15

21